设计一个模块化的可穿戴设备开发平台

市面上有很多关于可穿戴电子设备的爱好者项目和专业项目。但当你尝试制作一个时就会发现一个事实：这些项目很难进行改进和优化。

由于元件体积小且布局密集，添加新功能往往需要对整个印刷电路板进行重新设计。这会减缓试验进程，并使快速原型制作变得困难。

我想要一种更灵活的解决方案。一种能够在不每次从零开始的情况下构建、测试并改进可穿戴设备系统的方法。

“这个想法”

该项目探索了一种模块化、可堆叠的可穿戴电子设备架构。不再采用单一的整体板式设计，而是让每个功能都独立存在于各自的模块中。该系统可以通过堆叠或更换层来重新配置。

目标是创造出既实用又便于扩展和修改的产物。

系统概述

该系统的核心是一个名为“小 nRF52840”的微控制器，它负责处理数据和执行蓝牙低功耗通信。这个核心模块包含一块电池、一个用于运动追踪和步数计数的惯性测量单元模块，以及用于连接上部和下部扩展模块的接口。

在其周围，不同的模块则提供了特定的功能：

•一个用于实时反馈的显示模块，安装在顶部

•基于 MAX30101 的心率传感器模块安装在底部

所有模块均通过可堆叠的接头进行连接，从而形成一个紧凑的分层结构。

模块故障

每个模块都只承担一项职责：

•核心模块(微控制器 + 电池 + 惯性测量单元)：搭载 nRF52840 芯片，负责协调所有外围设备、电池充电以及运动检测。

•显示模块：采用单色 OLED 显示器，用于展示诸如心率和步数等传感器数据。

•心率模块：基于 MAX30101 芯片设计，能够当置于皮肤表面时检测到脉搏信号。

这种分离使得能够更轻松地对各个部分进行修改或升级，而不会影响到系统的其他部分。

它能够做什么

以目前的形式来看，该平台支持：

•使用 MAX30101 进行心率监测

•利用惯性测量单元数据进行步数计数

•在 OLED 屏幕上进行实时显示输出

•通过蓝牙技术进行无线数据传输

这仍只是一个原型，但它已经展示了多个模块如何能够以灵活的方式协同工作。

挑战

使用模块化架构会带来一些挑战。

心率传感器发出的信号质量需要进行一些调整(从手腕获取可用的脉搏波光信号很困难，但指尖的信号效果还算不错)，而且堆叠结构会影响机械稳定性。当多个电路板连接在一起时，电源分配和线路连接也会变得更加复杂。

此版本是基于印制电路板构建的，这虽然限制了其紧凑性，但却便于快速迭代改进。

开源

长期目标是使这个平台具备开放性和可扩展性，以便能够轻松设计和共享新的模块。

通过确立统一的互连方式和外形规格，它能够发展成为一个由兼容的可穿戴模块组成的微型生态系统。

下一步行动

接下来的步骤包括：

•设计定制的印刷电路板以实现更优的集成效果

•提高机械的坚固性

•添加一个专用的电池模块

•扩大传感器的种类范围

其理念是将最初的粗略原型改进为能够在不同项目中重复使用的版本。

接线图

本文编译自hackster.io